МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ.
Механические колебания Механическими колебаниями называются движения тел, точно повторяющиеся через одинаковые промежутки времени. Закон движения тела, совершающего колебания, задается с помощью некоторой периодической функции времени x = f(t)
Гармонические колебания Гармоническими колебаниями называются такие колебательные движения, при которых смещение тела от положения равновесия совершается по закону синуса или косинуса
Амплитуда, период, частота колебаний Амплитуда Период А - амплитуда механических гармонических колебаний - модуль наибольшего смещения колеблющегося тела (материальной точки) от положения равновесия. Единица измерения амплитуды – 1 метр. ω - круговая (циклическая) частота Т - период колебаний – время, за которое колеблющееся тело совершит одно полное колебание ν - частота (величина, обратная периоду) показывает, сколько колебаний совершается за единицу времени
Превращения энергии при свободных механических колебаниях При гармонических колебаниях происходит периодическое превращение кинетической энергии в потенциальную и наоборот Для груза на пружине Для математического маятника • hm – максимальная высота подъема маятника в поле тяготения Земли; • xm и υm = ω0 xm – максимальные значения отклонения маятника от положения равновесия и его скорости
Свободные и вынужденные колебания Свободные колебания имеют место тогда, когда на колеблющееся тело (материальную точку) действует только возвращающая сила. Свободные колебания являются незатухающими, если не происходит рассеяния энергии в окружающее пространство. В этом случае полная механическая энергия колебательной системы остается постоянной Реальные колебательные процессы являются затухающими, так как на колеблющееся тело действуют силы сопротивления движению. Вынужденные колебания совершаются под действием внешней периодически изменяющейся силы, которую называют вынуждающей.
Если частота w изменения вынуждающей силы Вынужденные колебания. Резонанс. Автоколебания совпадает с частотой w 0 собственных колебаний системы, то амплитуда вынужденных колебаний достигает максимального значения – наступает резонанс. Резонансные кривые при различных уровнях затухания: 1 – колебательная система без трения; при резонансе амплитуда xm вынужденных колебаний неограниченно возрастает; 2, 3, 4 – реальные резонансные кривые для колебательных систем с различной добротностью: Q 2 > Q 3 > Q 4. На низких частотах (ω << ω0) xm ≈ ym. На высоких частотах (ω >> ω0) xm → 0. Автоколебания - процесс незатухающих колебаний в системах, в которых незатухающие колебания возникают не за счет периодического внешнего воздействия, а в результате имеющейся у таких систем способности самой регулировать поступление энергии от постоянного источника Функциональная схема автоколебательной системы
Механические волны. Звук Явление распространения колебаний в пространстве с течением времени называется механической волной. Механические волны бывают поперечными и продольными: колебания частиц поперечной волны происходят перпендикулярно (поперек) направлению распространения волны колебания частиц продольной волны – вдоль этого направления
Продольные волны – это периодические сгущения и разрежения среды. Поэтому такие волны могут существовать в любых телах – твердых, жидких, газообразных. Поперечные волны могут существовать лишь в твердых телах (для распространения такой волны необходимо "жесткое" расположение частиц среды, чтобы между ними могли возникать силы упругости). Простейшая одномерная модель твердого тела Механические волны. Звук
Характеристики волн Физическая величина, равная λ отношению длины волны (λ) к периоду колебаний ее частиц (T), называется скоростью волны Расстояние между двумя ближайшими частицами среды, находящимися в одинаковом состоянии, называется Образование стоячей волны в струне, закрепленной на обоих концах длиной волны. Период колебаний частиц равен периоду колебаний возбудителя волны. Скорость распространения волн в различных средах различна Если волны, бегущие по струне во встречных направлениях, имеют синусоидальную форму, то при определенных условиях они могут образовать стоячую волну.
Отражение волн - механические волны Свойства механических волн любого происхождения обладают способностью отражаться от границы раздела двух сред. Преломление волн - при распространении механических волн можно наблюдать и явление преломления. Дифракция волн (лат. "дифрактус" – преломленный) - отклонение волн от прямолинейного распространения, то есть огибание ими препятствий. Дифракция наиболее отчетливо проявляется, если длина набегающей волны больше размеров препятствия. Позади него волна распространяется так, как будто препятствия не было вовсе. Интерференция волн - взаимовлияние двух волн (лат. "интер" – взаимно, "ферио" – ударяю).
Звуковые волны Звуковыми волнами или просто звуком принято называть волны, воспринимаемые человеческим ухом. Волны с частотой менее 20 Гц называются инфразвуком, а с частотой более 20 к. Гц – ультразвуком. Скорость звука в воздухе ≈ 330 м/с. Скорость распространения звуковых волн в разных средах неодинакова. Медленнее всего звук распространяется в газах. В жидкостях звук распространяется быстрее. В твердых телах – еще быстрее. В стальном рельсе, например, звук распространяется со скоростью » 5000 м/с. При распространении звука в газе атомы и молекулы колеблются вдоль направления распространения волны.
ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗВУКА Более громкий звук Громкость звука определяется амплитудой волны Высота звука определяется частотой волны x t Более высокий голос
Скачать презентацию МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ И ВОЛНЫ Механические колебания Механическими
5 Мех. колебания и волны. Теория..ppt